[發(fā)明專利]用于產生均勻可調的微波等離子體的等離子體噴嘴陣列

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580025065.0
• 申請日: 2005-07-21
• 公開（公告）號: CN101066000A
• 公開（公告）日: 2007-10-31
• 發(fā)明（設計）人: 李相勛;金重秀
• 申請（專利權）人: 阿瑪仁特技術有限公司;諾日士鋼機株式會社
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46;H01J37/32
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 武玉琴;張友文

相關申請的交叉參考

本申請涉及2005年7月21日同時提交的、名稱為“SYSTEM?ANDMETHOD?FOR?CONTROLLING?A?POWER?DISTRIBUTION?WITHIN?AMICROWAVE?CAVITY”的PCT申請，因此，將該PCT申請的全文并入本申請中作為參考。

技術領域

本發(fā)明涉及等離子體發(fā)生系統(tǒng)，具體涉及具有等離子體噴嘴陣列的微波等離子體系統(tǒng)。

背景技術

近些年來，在產生等離子體方面的方法不斷取得進展。通常，等離子體由帶正電離子、中性物質和電子構成。一般來說，可以將等離子體再劃分成兩類：熱平衡等離子體和非熱平衡等離子體。熱平衡意味著包括帶正電離子、中性物質和電子的所有物質的溫度都是相同的。

也可將等離子體分為局部熱平衡(LTE)等離子體和非LTE等離子體，這種劃分通常與等離子體的壓力有關。術語“局部熱平衡(LTE)”是指這樣一種熱力學狀態(tài)，其中所有等離子體物質(plasma?species)的溫度在等離子體的局部區(qū)域中是相同的。

高的等離子體壓力在等離子體中引發(fā)單位時間間隔內的大量碰撞，從而導致在包括等離子體的物質之間的充分能量交換，這也就導致等離子體物質的溫度相同。另一方面，低的等離子體壓力可能由于在等離子體物質之間的不充分碰撞而導致等離子體物質的一個或多個溫度。

在非LTE等離子體或僅僅在非熱平衡等離子體中，所述離子和中性物質的溫度通常小于100℃，而電子的溫度可能最高達幾萬攝氏度。因此，非LTE等離子體可以在不消耗大量能量的情況下作為用于強應用還有弱應用的高反應性工具。這種“熱冷性(hot?coolness)”對于各種應用而言允許多種加工可能性和經濟機會。強應用包括金屬沉積系統(tǒng)和等離子體切割器，弱應用包括等離子體表面清潔系統(tǒng)和等離子體顯示器。

這些應用中的一種應用為等離子體消毒，其利用等離子體來毀滅包括高抵抗性細菌內生孢子的微生物生命。消毒是確保最終使用的醫(yī)療和牙科裝置、材料以及織物的安全性的關鍵步驟。在醫(yī)院和工業(yè)中使用的現有消毒方法包括高壓滅菌、環(huán)氧乙烷氣體(EtO)、干燥加熱以及用伽馬射線或電子束照射。這些技術存在許多必須應對和克服的缺點，這些缺點包括熱敏感性和受熱損壞、形成有毒副產品、高操作成本以及整個循環(huán)期間內的低效率。因此，衛(wèi)生保健部門和工業(yè)上一直需要這樣一種消毒技術，該消毒技術能夠在室溫附近并且以更短的時間起作用，同時不會對包括各種熱敏電子元件和設備的大多數醫(yī)療材料造成結構損壞。

就材料處理而言，用于消毒的大氣壓等離子體為使用者帶來了許多明顯的優(yōu)點。其緊湊的組裝使得易于成形，其無需使用昂貴的真空腔室和泵運系統(tǒng)，其無需附加的設施就能安裝在各種環(huán)境中，并且，其操作成本和維護要求最低。實際上，大氣壓等離子體消毒的基本重要性在于，其具有以簡便使用的方式并以更快的周轉周期對熱敏物體進行消毒的能力。大氣壓等離子體消毒可通過包括原子氧、羥基基團的反應性中性物質和產生等離子體的紫外線的直接效應來實現，所有這些均能攻擊細菌細胞膜并且對它造成破壞。因此，就有了將能夠產生大氣壓等離子體的裝置作為有效且低成本的消毒源的需求。

如其它的等離子體發(fā)生系統(tǒng)一樣，影響大氣壓等離子體消毒系統(tǒng)的效率的一個關鍵性因素在于由該系統(tǒng)產生的等離子體的可調性(scalability)。目前存在幾種在全世界的工業(yè)和教育機構中廣泛使用的、基于微波噴嘴的大氣壓等離子體系統(tǒng)。這些設計中的大部分均是基于單一噴嘴作出的，而且它們缺乏醫(yī)療裝置應用方面的消毒所需的大容積可調性。另外，這些等離子體系統(tǒng)會產生不適于消毒應用的高溫等離子體。

一種用于提供均勻等離子體的解決方案使用了與微波空腔結合的噴嘴陣列。這種系統(tǒng)的一個挑戰(zhàn)性問題為：必須控制微波空腔內的微波分布，以使微波能量(或者等同地說是微波)分布在該空腔內的靜止不動的預期區(qū)域(下面，將其稱為“高能量域”)中。在這類系統(tǒng)中，等離子體均勻性和可調性可通過使噴嘴與被控制的高能部位相結合而獲得，該結合也能夠提高所述系統(tǒng)的工作效率。